La enana blanca que creó la supernova Tycho murió en una violenta explosión. Su legado se parece a un suave copo de algodón rosa. En la última imagen, lanzada el 28 de febrero, se muestra el resto de la supernova como una nube rosa delimitada por una delgada línea roja.
En una nueva investigación (ref.), los astrónomos han mapeado la geometría de los campos magnéticos cerca de la onda de choque con un detalle sin precedentes. En esta zona, las partículas cargadas son aceleradas a velocidades similares a la luz antes de ser expulsadas como rayos cósmicos que finalmente llegan a la Tierra.
El descubrimiento del fenómeno
La primera vez que observamos este fenómeno fue en 2011. En ese momento, fue Chandra, el observatorio de rayos X, quien capturó un patrón en el borde exterior de Tycho. En ese momento, los astrónomos explicaron el patrón como los puntos donde los campos magnéticos están atrapados. Los electrones atrapados se mueven en espiral en los campos magnéticos hacia energías más altas emitiendo rayos X.
Si bien los astrónomos han sabido desde hace mucho tiempo cómo las supernovas producen partículas cargadas a energías extremadamente altas, los detalles de cómo se aceleran los electrones aún no se conocían. Ahora, los investigadores han estudiado detalladamente el fenómeno en Tycho, cuya explosión liberó tanta energía como la que el sol emitiría en 10 mil millones de años. Los científicos afirman que los últimos hallazgos explican cómo la supernova Tycho se convierte en un gigantesco acelerador de partículas cósmicas.
El proceso “implica una delicada danza entre el orden y el caos”, dijo Patrick Slane, astrofísico senior en el Centro de Astrofísica de Harvard-Smithsonian y coautor del estudio, en una declaración. El equipo de Slane utilizó datos del Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) de la NASA. Los tres telescopios de rayos X idénticos a bordo de IXPE estudiaron a Tycho dos veces en 2022. Desde finales de junio hasta principios de julio y del 21 al 25 de diciembre.
La energía de los electrones
El equipo estudió los rayos X producidos por electrones altamente energéticos cerca del borde de Tycho mientras viajaban a través de campos magnéticos. Los investigadores explican que el borde rojo, donde Tycho acelera las partículas, es muy delgado. En ese punto, los electrones que irradian rayos X pierden su energía muy rápidamente. Por lo tanto, al moverse significativamente lejos del borde, “pierden tanta energía que ya no producen rayos X”, dijo Slane.
Para finalmente mapear la geometría del campo magnético, el equipo buscó señales que mostraran cuán polarizada es la radiación de los rayos X. Sin embargo, estas señales son sensibles a las turbulencias de los campos magnéticos. Cuando la turbulencia es alta, la radiación es menos direccional y menos intensa, y IXPE no puede detectar las señales. Afortunadamente, cuando llegaron los datos de IXPE, el equipo descubrió que los campos magnéticos tenían una alta turbulencia, “pero no tan alta como para no poder detectar la polarización”, agregó.
Al medir la polarización de los rayos X, descubrieron que era del 9% en el centro del residuo de Tycho y un 12% más alto en su borde. “Estas observaciones son las primeras en su tipo. Hemos sondeado la polarización de la emisión de los electrones más energéticos en la supernova Tycho, que se comporta como un verdadero acelerador de partículas”, dijo Slane.
El mapa detallado del campo magnético
Al calcular el ángulo de polarización, el equipo de Slane pudo mapear la geometría del campo magnético. Este último se extiende hacia afuera, de manera radial. Los investigadores ya lo sabían a partir de observaciones de radio anteriores, por lo que el descubrimiento no fue una sorpresa total. Pero el observatorio espacial IXPE los ayudó a mapear el campo magnético de manera mucho más detallada que las observaciones anteriores.
Finalmente, entendieron por qué Tycho acelera sus partículas cargadas a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. “Para hacer esto se necesitan campos magnéticos fuertes y turbulentos”, dijo Slane en la misma declaración. “IXPE nos está mostrando que existe una uniformidad a gran escala, o coherencia, también involucrada, que se extiende hasta los sitios donde está ocurriendo la aceleración”. Usando estos datos, el equipo descubrió que la estructura radial permanece intacta hasta los sitios de aceleración, que antes no conocían. Esta idea arrojará luz sobre cómo Tycho acelera las partículas cargadas a energías al menos cien veces superiores incluso a los aceleradores de partículas más poderosos en la Tierra.